KR100558206B1

KR100558206B1 - 동적평형을 측정하기 위한 방법 및 장치

Info

Publication number: KR100558206B1
Application number: KR1020010011889A
Authority: KR
Inventors: 미우라히로키
Original assignee: 고쿠사이 게이소쿠키 가부시키가이샤
Priority date: 2000-03-13
Filing date: 2001-03-08
Publication date: 2006-03-10
Also published as: TW468038B; DE60107476T2; EP1134569A2; US6631640B2; EP1134569A3; CN1185474C; HK1038792A1; CN1313509A; JP2001255227A; EP1134569B1; KR20010091931A; DE60107476D1; US20010020387A1; HK1038792B

Abstract

예정된 불평형이 회전몸체에 잔존하게 되는 경우에, 예정된 불평형으로부터 파생되는 초기 불평형을 정밀하게 측정하기 위한 측정방법 및 측정장치이다.

예정된 불평형에 관련된 데이터는 더미 값 정보로 메모리(22)에 저장된다. 아나로그 진동 신호(WDL,WDR)를 구하기 위하여 회전몸체인 크랭크 샤프트(1)의 진동은 진동 센서(6L,6R)에 의해서 검출된다. 크랭크 샤프트(1)의 회전각도 위치는 광센서(8)에 의해서 검출되고, 이 회전각도 위치에 응하여 상술한 더미 값 정보는 멀티 D/A 변환기(12L,12R,13L,13R)에 의해서 아나로그 더미 신호(DLX,DLY,DRX,DRY)로 변환되며 이들 신호는 아나로그 초기 불평형 신호(WL,WR)을 구하기 위해서 아나로그 진동 신호로부터 제거되고, 디지털 초기 불평형 값을 구하기 위해서 D/A 변환기에 의해서 변환된다.

시험 부재, 메모리, 더미 데이터, D/A 변환기, 회전센서, 진동센서, A/D 변환기, 전기모터

Description

동적평형을 측정하기 위한 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR MEASURING DYNAMIC BALANCE}

도 1 은 본 발명을 구현하는 측정장치의 개략도,

도 2 는 도 1에 도시된 측정장치의 시험부재, 공작물 지지기구 및 진동센서 사이의 관계를 도시한 측면도, 및

도 3a 및 3b 는 도 1에 도시된 측정장치의 좌우 베어링에서 초기 측정과 더미의 전체 불평형을 도시한 그래프.

본 발명은 시험부재의 동적평형을 측정하기 위한 방법 및 장치에 관한 것으로서, 시험부재에 잔존하는 예정된 동적 불평형을 가진 시험부재의 제거되어야 하는 불평형을 측정할 수 있다.

즉, 예를 들면 자동차 엔진용 크랭크 샤프트의 동적평형이 측정되는 경우에, 크랭크 샤프트가 자동차에 설치 되어 회전 될 때 피스톤, 커넥팅 로드 등과 같은 몇가지 부가적인 부재가 장착되는 것을 고려해야 한다.

다시 말해서, 시험하는 크랭크 샤프트 자체의 동적 불평형을 측정하는 것은 의미가 없다. 그 보다는 연관된 부재가 장착되었을 때 크랭크 샤프트가 진동없이 회전될 수 있도록 시험하는 크랭크 샤프트에서 제거되어야 하는 불평형의 존재 여부를 측정해야 한다.

상술한 바와 같이 시험부재의 불평형을 측정하기 위하여, 아래의 세가지 방법이 채용되었다.

제 1 방법에는 교정량과 각도 위치를 결정하기 위하여 회전될 때, 존재하는 불평형에 상응하는 복수의 더미 링이 크랭크 샤프트의 개개의 부분에 부착된다.

제 2 방법에는 교정량과 각도 위치를 결정하기 위하여 회전될 때, 존재하는 예정된 불평형과 동등한 더미 웨이트를 지지하는 스핀들의 진동 스탠드상에 크랭크 샤프트가 연결된다.

제 3 방법에는, 어떠한 더미 링 또는 더미 웨이트가 부착되지 않은채 크랭크 샤프트 자체가 회전되며, 회전하는 크랭크 샤프트의 불평형은 아나로그 신호로 진동센서에 의해 검출되고 다음에 A/D 변환기(아나로그-디지탈 변환기)에 의해 디지탈 신호로 변환된다. 그 이후에, 검출된 디지탈 값과 존재하는 불평형에 상응하며 사전에 구해진 디지탈 더미 신호값을 근거로 수치계산이 수행되며, 즉 후자는 전자로부터 감산되고 그에 따라 초기 불평형을 구하고 교정량과 각도위치를 결정한다.

상술한 교정량과 각도 위치를 근거로 상술한 측정을 한 후 크랭크 샤프트의 평형조정은 크랭크 샤프트의 카운터 웨이트에 대한 최적 깊이를 가지는 최적의 위치에 드릴 구멍을 만드는 것에 의해서 수행된다는 것을 유의해야 한다.

하지만, 상술한 제 1 방법은 측정되는 각각의 크랭크 샤프트를 위한 더미 링 의 부착 및 분리를 요구한다. 게다가, 동일한 측정장치에 의해서 다양한 종류의 크랭크 샤프트가 측정될 때, 상이한 종류를 위한 상이한 더미 링이 별개로 준비되어야 하며 매번 교체되어야 한다. 더욱이, 이러한 이유 때문에 이 방법으로 측정을 자동화하는 것은 어렵다.

비록 제 2 방법은 개개의 크랭크 샤프트에 대한 더미 링의 부착 또는 분리를 요구하지는 않지만, 동일한 측정기계에 의해서 상이한 종류의 크랭크 샤프트가 측정될 때 더미 웨이트의 교체를 요구한다.

제 3 방법은 더미 링 또는 더미 웨이트의 부착 및 분리를 요구하지 않으므로 측정의 자동화에 적합하지만, 아래와 같은 이유 때문에 높은 정밀도의 측정을 성취하기 어렵다.

즉, 진동센서에 의해서 구해진 불평형 데이터는 잔존하는 불평형의 합계이며 상술한 바와 같이 제어되어야 하는 것이다. 잔존하는 불평형은 크랭크 샤프트의 종류에 따라 상이하지만, 어떤 것은 수천 gcm의 수준에 이른다. 대조적으로, 제거되어야 하는 불평형은 상당히 적은데 즉, 일반적으로 수백 gcm의 수준이다.

따라서, 진동센서에 의해서 구해진 불평형 데이터의 최대 크기는 수천 및 수백 gcm에 이른다.

한편, A/D 변환기에 입력될 수 있는 전압은 대체로 ±5V 미만으로 제한되며, A/D 변환기의 입력범위의 풀 스케일은 상기 센서에 의해 측정된 불평형 데이터의 가능한 최대값에 대응하도록 해야 한다.

하지만, 이렇게 함으로써 상기 최대값이 커짐에 따라 A/D 변환기에 의해서 한 디지트당 측정가능한 불평형은 보다 커지고(즉, A/D 변환기의 분해능은 작아진다), 따라서 상기 보다 높은 정밀도를 갖는 측정은 불가능하다. 즉, 잔존하는 상대적으로 큰 불평형이 존재함으로 인하여 분해능은 나빠지고 따라서 제거되어야 하는 불평형을 높은 정밀도로 측정하는 것은 어렵게 된다.

본 발명의 목적은 더미 링, 더미 웨이트 또는 유사한 것이 요구되지 않으며 제거되어야 하는 불평형을 정밀하게 검출할 수 있으며, 잔존하는 예정된 불평형을 가지고 있는 시험부재의 회전평형을 측정하기 위한 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 측정방법은 더미 부분과 동등한 디지털 더미값 정보가 사전에 메모리에 저장되고 회전센서는 공작물인 회전몸체의 회전각도 위치를 검출하고, 이러한 회전각도 위치에 대응하여 디지털 더미값 정보가 메모리로부터 읽혀지고 이러한 정보는 아나로그 더미 신호로 변환되며, 그리고 회전 진동센서에 의해서 회전몸체의 회전 진동량을 검출함으로써 얻은 아나로그 진동 신호와 아나로그 더미 신호는 불평형 부분으로부터 더미 부분을 제거함으로써 초기 불평형 부분의 아나로그 신호를 구하기 위해 합성되며, 그 후에 이러한 아나로그 신호는 디지털 초기 불평형 값을 구하기 위해서 디지털로 변환된다.

바람직하게는 상술한 디지털 더미 정보는 각각의 상이한 장치에 대해 메모리에 저장되며, 공작물의 종류가 바뀔 때 마다 이것은 변경된 종류에 상응하는 더미 값 정보로 전환되게 되어 있다. 이러한 방식에서, 상이한 종류의 공작물들이 동일한 측정장치에서 잇따라 수행되는 동안에 자동적인 측정이 가능하게 된다. 더욱이, 초기 아나로그 불평형 신호가 디지탈화 될 때, 초기 아나로그 신호의 대략적인 최대값은 A/D 변환기에 의해 측정가능한 풀 스케일에 상응하게 하는 것이 바람직하다. 또한, 바람직하게는 아나로그 신호가 각각의 진동 방향의 수직성분으로 분할되는데, 이것은 진동몸체에 대하여 완전히 합성된 각각의 코사인 파형과 사인 파형에 생성된다.

본 발명의 회전평형 측정장치에는 공작물인 회전몸체를 지지하기 위한 회전 지지부분이 함께 제공되는데, 이러한 회전몸체를 회전구동할 수 있는 전기 모터가 함께 제공된다. 또한 회전몸체의 회전각도 위치를 검출하기 위한 회전 센서가 제공되며 회전 지지부분을 통하여 상술한 회전몸체의 진동을 검출함에 의해서 아나로그 진동 신호를 구하기 위한 진동센서가 제공된다. 한편, 회전몸체에 남겨진 불평형의 디지털 데이터인 더미 값 정보를 저장하기 위한 메모리가 제공되고 상술한 회전센서로부터의 회전각도 위치 신호에 근거한 상술한 더미 값 정보를 출력하기 위한 컨트롤러가 제공된다. 입력된 디지털 더미 값 정보를 출력함에 있어서, 이러한 정보를 아나로그 더미 신호로 변환하기 위한 D/A 변환기가 설치되고 아나로그 진동신호로부터 아나로그 더미 신호 포션을 제거함으로써 초기 아나로그 불평형 신호를 구하기 위하여 여기에서 구한 아나로그 더미 신호와 상술한 회전센서로부터의 아나로그 진동신호가 입력되고 파 합성되는 곳에 파 합성회로가 설치된다. 이러한 파 합성회로에 대해서, A/D 변환기는 아나로그 초기 불평형 신호가 입력되고 디지털 불평형 신호로 변환되는 곳에 연결된다.

바람직하게는 상술한 D/A 변환기는 서로에 대해 직교하는 각각의 진동방향에 대한 코사인 파형에 근거한 아나로그 더미 신호의 일방향 성분의 파를 생성하기 위한 D/A 변환기와, 사인 파형에 근거한 아나로그 더미 신호의 상술한 일방향에 대하여 수직성분의 파형를 생성하기 위한 D/A 변환기로 구성된다.

더욱이, 상기 더미 정보는 사전에 남겨지게 예정된 불평형으로서 마스터 공작물에 대한 측정에 의해서 구해진 결과에 상응하게 만들어 지며, 회전몸체의 측정된 회전속도에서 적어도 불평형의 크기와 각도 위치는 디지털 값으로 메모리에 저장되는 것이 바람직하다. 즉, 마스터 공작물은 마스터 공작물의 예정된 불평형 부분과 동등한 더미 웨이트에 부착된 상태에서 회전되며 회전 평형 측정장치에 의한 측정에 의해서 교정되고 평형이 된다. 다음에, 더미 웨이트를 가지고 마스터 공작물의 회전평형을 측정함으로써 진동센서에 의해 구해진 아나로그 신호는 디지털 변환되고 디지털 더미 값의 데이터로 취해진다. 마스터 공작물에 의해서 더미 값 정보를 구하기 위하여, 아래에 설명된 바와 같은 공작물을 측정하기 위해 사용된 것과 유사한 회전 평형장치를 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 파형 합성회로는 입력되는 파의 플러스 및 마이너스를 변경함으로써 파형 가산회로 또는 파형 감산회로로 대응할 수 있고, 상술한 진동신호로부터 아나로그 더미 신호 부분을 제거함으로써 아나로그 초기 불평형 신호를 구할 수 있는 것이 바람직하다.

더욱이, 바람직하게는 회전 평형장치의 회전 지지부분은 회전몸체의 양 단부 의 외부 둘레를 지지하기 위한 베어링 또는 회전몸체의 회전 중심축선을 따라 회전축선의 양 단부를 지지하기 위한 스핀들에 의해서 구성될 수 있다.

본 발명의 측정방법 및 측정장치는 상술한 바와 같이 구성되며 그에 따라 아래의 효과를 가진다.

예를 들면, 더미 부분의 크기가 4,500 gcm이고 더미 부분의 편차의 결과로 크랭크 샤프트 자체에서 조정되어야 하는 초기 불평형 부분의 크기가 500 gcm으로 가정하면, 진동센서에 의해서 검출된 검출값의 크기는 상기 두 값의 합계인 5,000 gcm이다.

상술한 제 3 방법에 의해 측정될 때, A/D 변환기에서의 측정범위의 풀 스케일은 적어도 상술한 합계인 5,000 gcm 에 상응하도록 해야 한다.

만약 A/D 변환기의 풀 스케일이 ±5 미만이고 분해능이 12 비트이면, 상술한 통상적인 제 3 방법은 단지 5,000 gcm ÷ 2048 디지트 = 2.44 gcm/digit 의 정밀도를 얻게 되며 이 보다 작은 수준의 측정은 불가능하다.

대조적으로, 본 발명의 측정방법 및 측정장치에 따르면, 상술한 더미 부분의 4,500 gcm은 단지 진동센서의 아나로그 진동 신호로부터 제거되는 더미 부분의 아나로그 신호의 가산 또는 감산되는 곳에서 초기 불평형 부분의 아나로그 신호로 취해진다. 즉, A/D 변환기로 입력되는 신호의 크기는 단지 최대 500 gcm 과 같다. 따라서, 만약 이것이 상술한 A/D 변환기에 의해 디지털 변환되면 500 gcm ÷ 2048 디지트 = 0.244 gcm/digit 로, 본 발명의 측정방법 및 측정장치에 따르면 상술한 제 3 방법과 대조적으로 열배의 분해능이 얻어지며 측정의 정밀도는 크게 향상된 다. 따라서, 심지어 예정된 불평형의 양이 큰 경우에도, 초기 회전 불평형은 통상적인 기술의 것보다 훨씬 작게 될 수 있다.

이제 본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 예시적인 방식에 의해 설명된다.

(실시예)

도 1 은 본 발명을 구현한 측정장치를 도시한 것으로, 부재번호 1 은 시험부재인 크랭크 샤프트(공작물)을 나타낸다. 측정장치의 제품 지지구조는 도 2에 확대되어 도시되어 있다.

도 1 및 2에 도시된 바와 같이, 크랭크 샤프트(1)의 단부는 각각 한쌍의 베어링 부재(2L,2R)에 의해서 회전가능하게 지지된다. 베어링 부재(2L,2R)는 회전에 따라 발생된 크랭크 샤프트(1)의 진동에 대응하여 장착 베이스(3L,3R)에 대하여 변위되도록 베어링 부재(2L,2R)는 각각 스프링(4L 및 5L, 4R 및 5R)을 통해서 한쌍의 장착 베이스(3L,3R)에 의해 지지된다. 장착 베이스(3L,3R)는 도시되지 않은 베이스 프레임에 고정된다.

진동센서(6L,6R)는 장착 베이스(3L,3R)을 통해서 크랭크 샤프트(1)의 진동을 검출하기 위하여 각각 장착 베이스(3L,3R)에 각각 부착된다. 진동센서로서 소위 소프트 타입 평형장치가 채택된 경우에 스프링(4L,5L,4R 및 5R)은 상대적으로 소프트하고 픽업 이동식이며, 예를 들면 진동속도 검출타입이 채용된다. 한편 소위 하드 타입 평형장치가 채택된 경우에, 스프링(4L,5L,4R 및 5R)은 높은 강성의 블래이드 스프링이고 픽업 이동식 시스템이며, 예를 들면 베어링 부재(2L,2R)의 변위가 작은 것으로 높은 감도의 진동속도 검출타입 또는 압전소자 타입이 채용된다.

도 1로 다시 돌아 가서, 크랭크 샤프트(1)는 한 단부(1b)(엔진 출력측)에 연결된 전기모터(17)의 수단에 의해서 회전구동 되도록 배열된다. 크랭크 샤프트(1)의 다른 단부(1a)에 가까운 핀 부분상에는, 포토 마크(7)가 부착되는 한편 광센서(8)는 포토 마크(7)를 향하도록 핀 부분 위에 배열된다. 광센서(8)는 포토 마크(7)에 의해서 반사된 라이트 빔을 받기 위해서 포토 마크 쪽으로 라이트 빔을 연속적으로 보낸다. 크랭크 샤프트(1)의 회전에 따라 포토 마크(7)가 광센서(8)를 향할 때 마다, 광센서(8)는 반사된 라이트 빔을 받으며 상응하는 신호를 컨트롤러(16)로 출력함으로써 크랭크 샤프트(1)의 회전속도 뿐만 아니라 회전위치는 컨트롤러(16)에 의해서 검출되게 된다.

진동 센서(6L,6R)는 각각 증폭기 회로(9L,9R)를 통해서 파형 가산회로(11L,11R)에 연결되므로써, 진동센서(6L,6R)에 의해서 검출된 아나로그 진동 신호(WDL,WDR)는 각각 파 가산회로(11L,11R)에 입력된다. 게다가, 멀티 D/A 변환기(12L 및 13L, 12R 및 13R)가 파 가산회로(11L,11R)에 연결되므로써, 멀티 D/A 변환기로부터 출력된 아나로그 더미 신호(DLX 및 DLY와 DRX 및 DRY)는 각각 파형 가산회로(11L,11R)에 입력된다.

±±코사인 신호가 파형 발생 회로(10)로부터 제공되는 멀티 D/A 변환기(12L)와 ±±사인 신호가 파형 발생 회로(10)로부터 제공되는 멀티 D/A 변환기(13L)는 베어링 부재(2L)에서 얻은 데이터를 위한 디지털 더미 값이 입력될 수 있도록 컨트롤러(16)의 CPU 데이터 버스(23)에 모두 연결된다. 즉, 디지털 더미 값이 멀티 D/A 변환기(12L,13L)에 입력 될 때, 멀티 D/A 변환기(12L)는 ±±코사인 신호에 근거한 X 방향(즉, 수평 진동방향)의 아나로그 더미 신호(DLX)를 산출하는 한편 멀티 D/A 변환기(13L)는 ±±사인 신호에 근거한 Y 방향(즉, 수직 진동방향)의 아나로그 더미 신호(DLY)를 각각 산출하는데, 이것은 파형 가산회로(11L)로 출력된다. 그 사이에, 회전 센서(8)에 의해서 검출된 크랭크 샤프트(1)의 회전상태와 관련된 신호는 I/O 포트(19)를 통해서 파형 미분회로(10)로 입력된다.

유사하게, ±±코사인 신호가 파형 발생 회로(10)로부터 제공되는 멀티 D/A 변환기(12R)와 ±±사인 신호가 파형 발생 회로(10)로부터 제공되는 멀티 D/A 변환기(13R)는 디지털 더미 값이 입력되는 컨트롤러(16)에 연결된다. 즉, 크랭크 샤프트(1)의 회전과 동조하여 컨트롤러(16)의 메모리(22)로부터 읽은 디지털 더미 값이 멀티 D/A 변환기(12R,13R)에 입력 될 때, 멀티 D/A 변환기(12R)는 ±±코사인 신호에 근거한 X 방향의 아나로그 더미 신호(DRX)를 산출하고 멀티 D/A 변환기(13R)는 ±±사인 신호에 근거한 Y 방향의 아나로그 더미 신호(DRY)를 각각 산출하는데, 이것은 모두 파형 가산회로(11R)로 입력된다.

파형 가산회로(11L)는 왼쪽 진동 센서(6L)로부터의 아나로그 진동 신호(WDL)와 멀티 D/A 변환기(12L,13L)로부터의 아나로그 더미 신호(DLX,DLY)가 입력되도록 허용하고 아나로그 진동 신호로부터 아나로그 더미 신호 부분을 제거하기 위해서 이들 동조된 아나로그 파형을 합성하며 왼쪽 베어링 부재(2L)에서 초기 불평형 신호(WL)를 산출한다.

유사하게, 파형 가산회로(11R)는 왼쪽 진동 센서(6R)로부터의 아나로그 진동 신호(WRL)와 멀티 D/A 변환기(12R,12L)로부터의 아나로그 더미 신호(DRX,DRY)가 입 력되도록 허용하고 아나로그 진동 신호로부터 아나로그 더미 신호 부분을 제거하기 위해서 이들 동조된 아나로그 파형을 합성하며 오른쪽 베어링 부재(2R)에서 초기 불평형 신호(WR)를 산출한다.

파형 가산회로(11L,11R)는 아나로그 초기 불평형 신호를 출력하고 이들 신호는 각각 A/D 변환기(14L,14R)에 입력된다. 각각의 A/D 변환기(14L,14R)의 출력쪽은 디지털 필터(15L,15R)를 통해서 컨트롤러(16)의 CPU 데이터 버스(23)에 연결된다. A/D 변환기(14L,14R)에 의해 디지털 변환된 초기 불평형 신호(WL,WR)는 컨트롤러(16)에 의해 읽혀지도록 디지털 필터(15L,15R)에 의해 노이즈가 감소된다.

다음에, 크랭크 샤프트(1)의 초기 불평형의 측정을 설명한다.

도 1에 도시된 바와 같이 왼쪽 및 오른쪽 베어링 부재(2L,2R)에 의해 지지된 상태에서, 크랭크 샤프트(1)는 측정을 위해 전기모터(17)에 의해서 예정된 회전수로 회전된다. 이때, 크랭크 샤프트(1)에 동적 불평형이 유발되기 때문에 원심력의 방향에서 힘은 원주방향으로 변위된다. 이때 관성력은 베어링 부재(2L,2R)와 스프링(4L 및 5L, 4R 및 5R)을 통해서 장착 베이스(3L,3R)에 작용한다. 장착 베이스(3L,3R)의 진동 속도는 진동 센서(6L,6R)에 의해서 검출되며 진동 속도에 대응하여 아나로그 진동 신호(WDL,WDR)가 각각 발생된다. 이들 아나로그 진동 신호(WDL,WDR)는 각각 증폭기 회로(9L,9R)에서 증폭된 다음에 파형 가산회로(11L,11R)에 입력된다.

한편, 크랭크 샤프트(1)의 포토 마크(7)는 광센서(8)에 의해서 검출된다. 즉, 회전하는 포토 마크(7)가 광센서(8)와 마주할 때마다, 광센서(8)는 광센서 신 호 펄스(WK)를 발생한다. 이 신호(WK)는 컨트롤러(16)의 I/O 포트(19)에 입력된다. 컨트롤러(16)는 CPU(20)에서 광센서 신호 펄스(WK)에 근거하여 펄스가 발생된 시간에서의 크랭크 샤프트(1)의 회전 위치(θ)와, 또한 펄스 사이의 경과시간으로부터 크랭크 샤프트(1)의 회전 속도(N)를 검출한다.

크랭크 샤프트(1)의 회전 속도(N)가 측정가능한 범위에 도달할 때 광센서(8)에 의해 검출된 크랭크 샤프트(1)의 회전 위치(θ)와 회전 속도(N) 뿐만 아니라 시험하는 크랭크 샤프트의 종류에 의존하는, 디지털 더미 값 정보가 메모리(22)로부터 읽혀진다. 이 디지털 더미 값 정보는 크랭크 샤프트(1)의 회전과 동조하여 파 생성회로(10)에서 생성된 ±±코사인 곡선 및 ±±사인 곡선에 근거하여 멀티 D/A 변환기(12L,12R,13L,13R)에 전송되고, 아나로그 더미 신호(DLX,DLY,DRX,DRY)로 변환되며 그 다음에 각각 파 가산회로(11L,11R)로 출력된다.

파 가산회로(11L)는 진동 센서(6L)로부터 보내진 아나로그 진동 신호(WDL)와 더미 값 신호(DLX,DLY)의 파형이 동조되고 합성되도록 허용한다. 이런 합성에 의해서, 아나로그 초기 불평형 신호(WL)를 얻기 위하여 아나로그 더미 신호 부분(DLX,DLY)은 아나로그 진동 신호(WDL)의 파형으로부터 제거된다. 파형 가산회로(11L)로부터의 아나로그 초기 불평형 신호(WL)는 디지털 초기 불평형 값을 구하기 위해서 A/D 변환기(14L)에 의해서 디지털 변환된다. 디지털 초기 불평형 값은 컨트롤러(6)에 입력되고, 그에 따라 도 1의 크랭크 샤프트(1)의 왼쪽 부분에서 초기 불평형의 각도 위치와 교정량을 구하는 것을 가능하게 한다.

유사하게, 파 가산회로(11R)는 진동 센서(6R)로부터 보내진 아나로그 진동 신호(WDR)와 더미 값 신호(DRX,DRY)의 파형이 광센서(8)에 의해 검출된 회전 위치(θ)와 회전 속도(N)에 근거하여 동조되고 합성되도록 허용한다. 이런 합성에 의해서, 아나로그 초기 불평형 신호(WR)를 얻기 위하여 아나로그 더미 신호 부분(DRX,DRY)은 아나로그 진동 신호(WDR)의 파형으로부터 제거된다. 파형 가산회로(11R)로부터의 아나로그 초기 불평형 신호(WR)는 디지털 초기 불평형 값을 구하기 위해서 A/D 변환기(14R)에 의해서 디지털 변환된다. 디지털 초기 불평형 값은 컨트롤러(16)에 입력되고, 그에 따라 도 1의 크랭크 샤프트(1)의 오른쪽 부분에서 초기 불평형의 각도 위치와 교정량을 구하는 것을 가능하게 한다.

여기에서, 초기 불평형 신호(WL,WR)와 더미 불평형 신호(DL,DR) 사이의 관계는 도 3에 도시된 바와 같다. 도면에서 도 3A는 왼쪽 베어링 부재(2L)에서의 상태를 나타내고 도 3B는 오른쪽 베어링 부재(2R)에서의 상태를 나타낸 것임을 유의하라. 또한 관계를 보다 명확히 이해하기 위해서, 초기 불평형 위치(WL,WR)는 더미 신호 부분(DL,DR)과 대조적으로 확대된 방식으로 과장되게 도시 되었다는 것을 유의하라. 진동 센서(6L,6R)는 위의 두 부분의 벡터의 합인 WDL,WDR 을 검출하는 것이다. 결과적으로, 통상적인 제 3 방법에 따라 상술한 A/D 변환기(14L,14R)에 의해 검출가능한 풀 스케일은 가능한 최대의 WDL, WDR 에 상응하게 되어야 함으로 뛰어난 분해능을 얻을 수 없다.

본 발명에 따라, A/D 변환기(14L,14R)에 입력된 아나로그 초기 불평형 신호(WL,WR)는 파형 가산회로(11L,11R)에 의해서 제거되야 하는 초기 불평형 신호 보다 훨씬 큰 값을 가진 더미 부분을 허용하며 결과적으로 각각의 A/D 변환기(14L,14R)에 의해 측정가능한 풀 스케일에 상응하는 WDL, WDR 보다 훨씬 작은 초기 불평형 부분(WL,WR)의 가능한 최대 크기를 허용함으로써 상술한 통상적인 제 3 방법과 대조적으로 분해능을 크게 향상 시킬 수 있다. 그 결과, 예정된 불평형이 큰 회전몸체의 경우에도 불평형은 상술한 통상적인 방법과 대조적으로 훨씬 작게 감소될 수 있다.

Claims

시험 부재의 회전 불평형을 측정하는 방법으로서,

시험 부재를 회전시키는 단계;

시험 부재의 진동을 감지함에 의해서 아나로그 진동 신호를 얻는 단계;

시험 부재의 회전 위치를 감지하는 동시에 메모리로부터 회전 위치에 근거하여 시험 부재에 잔존하는 예정된 불평형에 대응되는 데이터인 디지털 더미 데이터를 읽어 들이는 단계;

디지털 더미 데이터를 아나로그 더미 신호로 변환하고, 아나로그 초기 불평형 신호를 산출하기 위하여 아나로그 진동 신호로부터 아나로그 더미 신호를 감산하며 그리고 아나로그 초기 불평형 신호를 디지털 초기 불평형 신호로 변환하는 단계;로 구성되는 것을 특징으로 하는 측정방법.
제 1 항에 있어서, 복수의 상이한 종류의 시험 부재에 대한 디지털 더미 데이터를 사전에 저장하는 단계, 그리고 시험하는 부재에 상응하는 디지털 더미 데이터를 선택적으로 읽어 들이는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 측정방법.
제 1 항에 있어서, 더미 데이터를 구하는 단계는

마스터 시험 부재에 예정된 불평형에 대한 값과 동등한 더미 웨이트를 더하여 부재의 평형을 이루는 단계;

더미 웨이트를 제거하고 부재를 회전 시키는 단계;

아나로그 진동 신호를 구하기 위하여 부재의 진동을 감지하는 단계; 그리고

신호를 디지털 진동 신호로 변환하는 단계;에 의해서 구성되는 것을 특징으로 하는 측정방법.
제 1 항에 있어서, 초기 불평형 신호의 A/D 변환기에 의해 측정가능한 풀 스케일은 대략 아나로그 초기 불평형 신호의 최대값에 상응하는 것을 특징으로 하는 측정방법.
제 1 항 내지 4 항중 어느 한항에 있어서, 아나로그 더미 신호를 각각의 사인 파와 코사인 파 신호에 의해 산출되는 직각의 진동방향에 상응하는 성분으로 분할하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 측정방법.
시험 부재의 회전 불평형을 측정하기 위한 장치로서,

시험 부재를 지지하기 위한 회전 지지부분;

시험 부재를 회전시키기 위한 수단;

시험 부재의 회전각도 위치를 검출하고 위치 신호를 산출하도록 배열된 회전 센서;

지지부분을 통해서 시험 부재의 진동량을 검출하고 아나로그 진동 신호를 산출하도록 배열된 진동 센서;

시험 부재에 잔존하는 예정된 불평형에 상응하는 디지털 더미 데이터를 저장하는 메모리;

회전 센서로부터의 회전위치에 근거해 메모리에서 읽어 들인 디지털 더미 데이터를 아나로그 더미 신호로 변환하기 위한 D/A 변환기;

진동 센서로부터의 아나로그 진동 신호와 D/A 변환기로부터의 아나로그 더미 신호를 받으며 진동신호로부터 더미 신호를 감산하여 아나로그 초기 불평형 신호를 산출하도록 배열된 파 합성 회로; 및

파 합성 회로로부터 아나로그 초기 불평형 신호를 받으며 아나로그 초기 불평형 신호를 디지털 초기 불평형 신호로 변환하도록 배열된 A/D 변환기; 로 구성된 것을 특징으로 하는 측정장치.
제 6 항에 있어서, D/A 변환기는 진동의 한 방향 성분에 상응하는 디지털 더미 데이터로부터 코사인 파 신호를 산출하도록 배열된 제 1 멀티 D/A 변환기와, 제 1 방향 성분에 직각인 진동의 제 2 방향 성분에 상응하는 디지털 더미 데이터로부터 사인 파 신호를 산출하도록 배열된 제 2 D/A 변환기로 구성되는 것을 특징으로 하는 측정장치.
제 6 항에 있어서, 시험 부재를 회전시키기 위한 수단은 전기모터로 구성되는 것을 특징으로 하는 측정장치.